DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.2 Bahan Penyusun Komposit
2.1.2.2 Phase Kedua (Reinforcing Agent)
Phase penting kedua dalam penyusunan bahan komposit adalah phase
penguat (reinforcing agent), phase ini dapat berupa: fiber, partikel, dan flake, berikut akan dijelaskan lebih lanjut mengenai phase penguat.
Gambar 2.2. Bentuk-bentuk Reinforcing Sgent (a) Fiber (b) Partikel (c) Flake
2.1.2.2.1 Serat (Fiber)
Serat atau fiber merupakan filamen dari bahan reinforcing. Penampangnya dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Diameter dari serat bervariasi tergantung dari bahannya. Jenis fiber ada yang alami (hewan, tumbuhan, dan mineral) dan ada yang sintesis (buatan manusia dari bahan polimer atau keramik) dan logam.
12
Gambar 2.3. Serat Sebagai Penguat Komposit
Tabel 2.3 Sifat-sifat Bahan Fiber
Fiber Diameter (mm) Tegangan Tarik (MPa) Modulus Elastis (GPa) Glass E-Glass S-Glass 0,01 0,01 3450 4480 73 86 Karbon Boron Kevlar 49 0,01 0,14 0,013 2750 3100 3450 240 393 130 Keramik Al2O3 SiC 0,02 0,13 1900 3275 380 400 Logam Baja Wolfram 0,13 0,013 1000 4000 206 407
13 Beberapa bahan serat yang digunakan adalah:
1. Serat Gelas
Bahan penguat yang paling sering digunakan adalah serat gelas. Serat gelas memiliki kekuatan tarik yang tinggi, kekuatan terhadap bending, modulus elastisitas tinggi, sifat isolator yang baik dan mempunyai sifat anti korosi. Serat gelas dapat dibedakan dalam berbagai jenis antara lain:
a. Serat gelas A
Serat gelas yang digunakan pada awal material ini mempunyai kandungan alkali yang tinggi. Material ini tak banyak dipakai dalam proses produksi sebagai reinforcement agent.
b. Serat gelas E
Komposisi serat gelas E berupa kalsium, aluminium hidroksida, borosilikat, pasir silika dan memiliki kandungan alkali rendah. Serat gelas jenis ini mempunyai kekuatan tarik dan tekan serta geser yang baik sehingga mempunyai sifat isolator atau penghantar listrik yang baik tetapi merupakan material yang cukup getas.
c. Serat gelas D
Serat ini memiliki karakteristik dielektrik yang baik maka serat gelas jenis ini sering dipakai dalam produksi pembuatan peralatan elektronik. d. Serat gelas R & S
Serat jenis ini memiliki komposisi kimia yang berbeda, tetapi kedua serat ini merupakan bahan penguat dengan kemampuan tinggi. Serat gelas R dan S ini diaplikasikan sebagai reinforcement agent dalam pembuatan pesawat terbang. Serat gelas yang mempunyai massa jenis yang hampir sama dengan serat gelas E ini masing-masing diproduksi di Eropa untuk serat gelas R dan di Amerika untuk serat gelas S.
Serat gelas diproduksi dalam berbagai bentuk penyusunan, karena sangat berpengaruh untuk menyesuaikan dengan penggunaannya. Pemilihan bentuk susunan serat secara tepat akan mempermudah pengguna untuk memperoleh sifat-sifat dari komposit yang diinginkan. Macam-macam tipe (bentuk) serat tersebut antara lain:
14 a. Continuous Roving
Adalah gabungan dari serat-serat paralel menjadi satu strand dengan sedikit atau tanpa pengikat. Seratnya tersusun secara sejajar satu sama lain dan memanjang. Serat bentuk ini biasa digunakan dalam proses
spray up, centrifugal casting, continuous laminating process. Jenis ini
mempunyai sifat mekanis yang baik. Orientasi serat kontinyu dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Serat Continuous Roving
b. Woven Roving
Adalah serat yang berbentuk lembaran yang dianyam dari beberapa
continuous roving. Terdapat berbagai macam ukuran lebar, tebal dan
berat, tergantung kebutuhan pemakaian. Bentuk serat jenis ini mempunyai kekuatan yang tinggi dan dapat menurunkan biaya untuk produk yang besar. Biasanya digunakan pada proses hand lay-up, untuk pembuatan tangki, kapal dan body mobil. Orientasi serat woven roving dapat dilihat pada Gambar 2.5.
15 c. Chopped strand mat
Adalah reinforcing mat yang terbuat dari potongan strand dan digabung secara acak dengan pengikat atau binder tertentu. Biasanya dipakai untuk pembuatan produk dengan kekuatan sedang, untuk proses centrifugal
casting dan proses hand lay-up. Orientasi serat chopped strand mat
(acak) dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Serat Chopped Strand Mat
2. Karbon
Karbon dapat dibuat menjadi serat dengan modulus elastisitas yang tinggi. Sifat-sifat dari serat karbon antara lain: kekakuan dan kekuatan yang tinggi, ringan, kerapatan dan koefisien dilatasi rendah. Serat ini banyak digunakan dibidang konstruksi dan pesawat terbang. Fiber-C merupakan kombinasi antara grafit dengan karbon amorphus.
3. Kevlar 49
Kevlar 49 digunakan sebagai bahan serat untuk polimer. Kevlar 49 memiliki beberapa sifat, antara lain: ringan, kekuatan dan kekuan tinggi, kerapatannya rendah dan memberikan kekuatan spesifik terbesar untuk semua fiber yang ada. Kevlar banyak digunakan pada industri aerospace, marine, dan otomotif. 4. Boron
Serat boron terbuat dari silika berlapis grafit atau filamen karbon. Serat ini mempunyai modulus elastisitas yang sangat tinggi, harga yang mahal, dan membutuhkan peralatan untuk menempatkan serat dalam matrik dengan ketepatan (presisi) yang tinggi. Penggunaanya dibatasi pada komponen peralatan industri pesawat terbang (aerospace).
16 5. Keramik
Serat keramik dapat terbuat dari bahan yang berdasar oxide, carbide, dan
nitride. Serat ini diproduksi dalam bentuk kontinyu atau tidak kontinyu.
Perkembangan dari serat ini dimulai karena kebutuhan akan bahan komposit yang dapat digunakan pada suhu tinggi terutama untuk kebutuhan industri pesawat luar angkasa. Karbida Silikon (SiC) dan Oksida Aluminium (Al2O3) merupakan serat utama yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan ini mempunyai modulus elastisitas yang tinggi dan dapat digunakan untuk menguatkan logam-logam dengan kerapatan dan modulus elastisitas yang rendah seperti aluminium dan magnesium.
6. Logam
Filamen baja (kontinyu atau tidak kontinyu) sering digunakan sebagai fiber dalam plastik.
2.1.2.2.2 Partikel
Ukuran partikel yang digunakan bervariasi dari skala mikroskopis sampai skala makroskopis. Distribusi partikel di dalam matrik komposit tersusun secara random sehingga komposit yang dihasilkan mempunyai sifat-sifat isotrop. Mekanisme penguatan oleh partikel ini tergantung pada ukuran partikel itu sendiri. Dalam skala mikroskopis, partikel yang digunakan berupa serbuk yang sangat halus (kurang dari 1μm) yang terdistribusi dalam matrik dengan konsentrasi maksimum 15%. Adanya serbuk akan menjadikan matrik mengeras dan menghambat gerakan dislokasi yang timbul. Dalam keadaan ini, sebagian besar beban luar yang diberikan bekerja pada matrik.
17
Gambar 2.7. Partikel Sebagai Penguat Komposit 2.1.2.2.3 Flake
Flake pada umumnya berupa partikel dua dimensi. Contohnya adalah mika
mineral (silika K dan Al) dan tale (Mg3Si4O10(OH)2), digunakan sebagai fase
reinforcing pada plastik. Bahan ini relatif murah dan ukurannya bervariasi dengan
panjang antara 0,001–1,0 mm dan tebal antara 0,001-0,005 mm.
Gambar 2.8. Flake Sebagai Penguat Komposit 2.1.3 Bahan-bahan Tambahan
Selain bahan-bahan di atas, masih terdapat beberapa bahan tambahan yang lain. Penambahan bahan-bahan ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas komposit yang akan dihasilkan.
Bahan-bahan tambahan tersebut antara lain: 1. Katalis
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Prosentase katalis dalam suatu bahan komposit relatif kecil (sekitar 0,5-1 %). Komposisi katalis pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit
18 akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama, dan apabila kelebihan katalis maka akan menimbulkan panas yang berlebihan saat proses curing sehingga akan merusak produk komposit yang dibuat. Katalis yang digunakan berasal dari organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan acetyl
acetone peroxide.
2. Akselerator
Akselerator adalah suatu bahan yang biasa digunakan dengan tujuan untuk mempercepat proses curing. Akselerator yang bereaksi dengan katalis di dalam resin polyester akan memberikan reaksi eksoterm antara suhu 80o – 120o. Akselerator yang biasa digunakan adalah cobalt, amine, dan vanadium. Pada proses curing, perbandingan akselerator sekitar 1% volume resin, sedangkan untuk katalis menggunakan perbandingan volume 0,5% dari volume resin.
3. Pigmen atau pasta berwarna
Pigmen atau pasta pewarna hanya dipergunakan pada akhir proses dari pembuatan FRP, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya penurunan kemampuan FRP. Apabila pigmen dan pasta pewarna ini digunakan saat produksi, maka harus dipilih bahan yang sesuai sehingga tidak mempengaruhi proses curing. Pada pelapisan akhir (gel coating), perbandingan pigmen atau pasta pewarna adalah 10 - 15% dari berat resin. Beberapa pilihan warna dari pigmen antara lain: zinc yellow, chrome orange, dan red iron oxide.
4. Release agent
Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya
produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain:
waxes (semir), mirror glass, polyvynil alcohol, film forming, dan oli.
5. Filer
Penggunaan bahan ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya dalam produksi. Selain itu filer juga dipergunakan untuk meningkatkan viskositas resin. Penggunaan filer sebagai bahan campuran tidak boleh memiliki 30% dari
19 perbandingan terhadap berat resin. Alumina, calcium carbonate, serbuk silika adalah filer yang sering digunakan sebagai penyusun komposit FRP.
Selain bahan-bahan tesebut diatas, masih ada bahan tambahan lain yang dapat memberi tampilan lebih pada produk FRP. Adiktif sebagai penambah kemampuan elektrik adalah melamine synaturate dan masih banyak bahan tambahan lain yang dapat diaplikasikan pada komposit FRP dengan tujuan meningkatkan mutu dan kualitas produk.